(优选)粉体的制备与合成
【采矿课件】实验三十二粉体的化学合成.doc
实验三十二粉体的化学合成近代发展起来的特种矿物材料，如高性能的功能陶瓷和新型玻璃，要求原料有很高的纯度和超细的粒度，因此，大多采用化工原料来人工合成粉体。
由于其需要较高的投入，增加了粉体的成本，所以，只用于生产高性能的功能材料方面。
一、实验目的本实验要求使用氧氯化锆(ZrOC12·8H2O)、氧化镁为原料，用共沉淀法制备氧化镁部分稳定的氧化锆固体电解质超细粉末。
二、实验原理纯氧化锆的烧结体晶型是不稳定的，在升温过程中，1140℃会发生单斜相～四方相的转变，同时产生7％的体积收缩；在1400℃时发生四方相~立方相的转变；降温时又会发生反方向的相变。
如果在氧化锆中掺人足够的氧化钇、氧化钙或氧化镁，可以使氧化锆在室温时也能保持稳定的立方相结构，晶型不再随温度变化；称为全稳定的氧化锆(FSZ)。
同时，由于掺人的低价金属离子(Ca2、Mg2十、Y3＋)进人氧化锆晶格后，产生了大量的氧离子空位，所以，氧化锆在高温(> 550℃）时，允许氧离子通过氧离子空位迁移，形成氧离子导体。
如果原料很纯净（特别是没有变价的金属离子杂质），可以得到电子导电很低的氧离子导体，用于制作高温传感器（气体中的氧传感器）。
为了制作测定钢液中氧含量的传感器，要求氧化锆固体电解质管状元件（Φ 5mm × 1mm × 35mm ）具有很好的抗热冲击能力，在突然插人1700℃钢液的情况下，不允许产生裂纹。
这时，需要采用部分稳定的氧化锆材料。
减少氧化锆中稳定剂的含量，可以得到部分稳定的氧化锆(PSZ)。
常温下，部分稳定的氧化锆烧结体中，三种晶型（单斜、四方和立方）混合存在，使升温过程中元件的热膨胀，可以被单斜相～四方相转变时的体积收缩所抵消（如果单斜相的比例合适时）；如果原料粉末很细小，烧结体中的晶粒也很细小，微小的单斜晶粒可以在低一些的温度（600 -1000℃）时提前、逐步地发生相转变，大大地减缓了热冲击带来的热应力；并且，微细的四方相晶粒（＜0.2的四方相晶粒才能在室温下存在＝有助于提高材料的韧性；另外，烧结后相变时产生的微裂纹，也有助于阻止裂纹扩展的作用；烧结体晶粒很细小，使得元件强度得到了提高；这些因素都有利于提高元件的抗热冲击能力。
1. 粉体的制备与合成(精简)
中，既在一定高度上抛落或泻落，又
不断发生振动，其加速度可以达到重
力加速度的数十倍乃至数百倍，在这
一过程中，对物料施加强烈的碰击力 和磨剥力，从而使物料粉碎。
行星式振动磨示意图
3.6 气流粉碎
•粉碎原理：利用高压流体(压缩空气或过热蒸汽)作为介质， 将其高速通过细的喷嘴射入粉碎室内，此时气流体积突然膨 胀、压力降低、流速急剧增大(可以达到音速或超音速)，物 料在高速气流的作用下，相互撞击、摩擦、剪切而迅速破碎， 然后自动分级，达到细度的颗粒被排出磨机。粗颗粒将进一 步循环、粉碎，直至达到细度要求。
利用破碎机对固体施力而将其破碎的方法，如破 碎机的齿板、锤子、球磨机的钢球等)
包括：压碎、劈碎、折碎、磨碎和冲击破碎等。
(a)压碎
(b) 劈碎
(c) 折断
(d) 磨剥
（e）冲击破碎
常见的机械能破碎方法
固体
固体
筛下物
破碎
筛上物 筛分
破 碎
破碎产物
（a）单纯破碎工艺
破碎产物
（b）带预先筛分的破碎工艺
磨球、粉料与磨筒处于相对静止状态，此时研磨作用停 止，这个转速被称为临界转速V临2。
3.3 行星式研磨
行星式球磨机的工作原理：
在旋转盘的圆周上，装有４个即随 转盘公转又做高速自转的球磨罐。 在球磨罐做公转加高速自转的作用 下，球磨罐内的研磨球在惯性力的 作用下对物料形成很大的高频冲击、 磨擦力，对物料进行快速细磨、混
设，图中颗粒处于一水小 平面上，其正视和俯视投
影图如图所示。这样在两
个投影图中，就能定义一
组描述颗粒大小的几何量：
高、宽、长，定义:
高度h：颗粒最低势能
态时正视投影图的高度
粉体制备方法
粉体制备方法摘要：本文列举了几种粉体制备合成方法，包括物理方法和化学方法。
物理方法有粉碎法，蒸发冷凝法等，化学方法有气相合成法，液相反应法，固相合成法。
同时比较了三种化学方法的优缺点，浅诉了近年来的几种物理新技术。
关键词：粉体制备合成方法物理方法化学方法优缺点新技术Abstract：This paper lists several powder preparation synthesis methods ,including physical method and chemical methods. The physical methods have comminuting method, evaporative cooling method, etc. Chemical methods include gas agree the diagnosis, liquid phase reaction methods, solid agree the diagnosis. And compares the advantages and disadvantages of the three kinds of chemical methods. Describes several new physical technologies in recent yearsKeywords: powder preparation synthesis methods physical methods chemical methods advantages and disadvantages new physical technologies如今，粉体的合成制备经过多年的发展，制备合成方法已经变得各种各样按理论也可分为物理和化学方法等纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法[1]。
1 物理方法1.1 粉碎法：借用各种外力，如机械力、流能力、化学能、声能、热能等使现有的块状物料粉碎成粉体。
第二章粉体的制备与合成.
三、锤式破碎机
锤式破碎机的主要工作部件为带有锤子的转子。通过高速转动的锤子对物料的
冲击作用进行粉碎。由于各种脆性物料的抗冲击性差，因此，在作用原理上这种 破碎机是较合理的。
锤式破碎机的优点是生产能力高，破碎比大，电耗低，机械结构简单，紧凑轻
便，投资费用少，管理方便。
缺点是：粉碎坚硬物料时锤子和篦条磨损较大，金属消耗较大，检修时间较长，
第三节 机械法制备粉体
2.3.1 机械冲击式粉碎（破碎）
一、鄂式破碎机
(a) 简单摆动型
(b)复杂摆动摆动型
(c)综合摆动型
1-定颚；2-动颚；3-推动板；4-连杆；5-偏心轴；6-悬挂轴
主要用于块状料的前级处理。 设备结构简单，操作方便，产量高。
2018/10/13 河南省精品课程——陶瓷工艺原理
表面分析要求电子束或离子束在样品内的传统深度小于200nm。
2018/10/13
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
2.2.4 粉体颗粒晶态的表征
1. X射线衍射法(X-Ray Diffraction，XRD)
基本原理是利用X射线在晶体中的衍射现象必须满足布拉格(Bragg)公式： nλ=2dsinθ 具体的X射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉末法、衍射仪法等，其中常用于 纳米陶瓷的方法为粉末法和衍射仪法。
(electron spectroscopy for chemical analysis)(ESCA)
(2) (3) (4)
二次离子质谱(secondary-ion mass spectrometry )(SIMS)
扫描俄歇电子显微镜(scanning Auger microscopy)(SAM)
2018/10/13
粉体的合成与制备I
一. 溶胶-凝胶法
— Au修饰SiO2纳米粒子的制备
氨水的作用： 保持其他条件不变，不加氨水进入体系，此时测得溶液 的pH～3.5，反应5h 后取沉淀做TEM，SiO2球表面没有任何 Au 颗粒，球外也没有观测到Au 的颗粒，HAuCl4几乎没有 被甲醛还原。
用NaOH 代替氨水调体系的pH 值，当甲醛刚滴加到体 系后，溶液的颜色马上变黑，TEM 观察到绝大多数的Au 颗粒都散落在SiO2球的外部，也没有达到将Au 修饰到 SiO2表面的目的。
第五步：干凝胶的热处理。其目的是消除干凝胶中的气 孔，使制品的相组成和显微结构能满足产品性能要求。 在热处理时发生导致凝胶致密化的烧结过程，由于凝胶 的高比表面积、 高制品质量。
一. 溶胶-凝胶法
超临界干燥
—
基本过程
• 为得到单分散的SiO2球，TEOS 的浓度不能过高。对于 总反应体积 50ml 的体系来说， 2.2mlTEOS 的量是比较 合适的。
一. 溶胶-凝胶法
— Au修饰SiO2纳米粒子的制备
方法：称取SiO2超声分散在去离子水中。在磁力搅拌下， 加入HAuCl4溶液，用氨水调pH，然后滴加甲醛。常温搅 拌。离心，得到修饰的沉淀物。将产物用去离子水洗，在 烘箱内烘干。
3Fe(s) + 4H2O Fe3O4 + 4H2
2Cr(s) + 3H2O
Cr2O3 + 3H2
二. 水热与溶剂热法 — 反应类型
3. 水热沉淀 水热与溶剂热条件下，生成沉淀得到新化合物的反应。
KF + CoCl2
KF + MnCl2
KCoF3
KMnF3
4. 水热热压 在水热热压条件下，材料固化与复合材料的生成反应。 例如：日本对于低含量放射性废料，通过水热热压法， 将含硼的放射性废物与玻璃相混，通过水热热压固化成型 后，深埋于地下。
陶瓷工艺学第九讲 粉体的化学合成
加成反应机理 Al2O3+MgO→MgAlO4
➢热力学上，M反g应O在较A低l2温O3度下M就g可Al以2O进4 行；
➢实际上，低于1200oC几乎观察不到反应的进行，在 1500oC反应也需要数天；
优点：高度的化学均匀性；
高纯度；
超微尺寸颗粒；
氧化物＋非氧化物。
缺点：成本高。
溶胶－凝胶合成法比较
Sol-Gel 过程类型
化学特征
胶体型
调整pH值或加入电解 质使粒子表面电荷中 和，蒸发溶剂使粒子
形成凝胶
凝胶
1.密集的粒子形成凝胶网络 2.凝胶中固相含量较高 3.凝胶透明，强度较弱
前驱体
应用
前驱体溶胶是由金 属无机化合物与添 加剂之间的反应形
组成为C、H、O。如草酸盐的热分解。
SEM of CaO produced by decomposing CaCO3 powder at 650oC in (a) vacuum (particles are same apparent size and
shape as parent CaCO3 particles) and (b) dry N2 at atmospheric pressure.
一、高温固相反应法
高温固相反应法基本过程
配料＋磨细/混合均匀 煅烧 磨细
高温固相反应（化合反应法）
•两种或两种以上的固体粉末，经混合后在一定的热力学条件 和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随气体逸出。化合 反应的基本形式：
A(s)+B(s)→C(s)+D(g) •钛酸钡粉末、尖晶石粉末、莫来石粉末的合成都是化学反应 法：
粉体的定义详解
粉体的制备方法-------机械法和化学合成法一、粉体的定义：粉体是大量颗粒的集合体，即颗粒群，又称为粉末；颗粒是小尺寸物资的通称，其几何尺寸相对于所测的空间尺度而言比较小，从厘米级到纳米级不等，又称为粒子；颗粒是粉体的组成单元，是研究粉体的出发点。
粉体是由诸多颗粒组成，是大量颗粒的宏观表现，其性质取决于各颗粒，并受颗粒堆积情况、颗粒之间的介质、外界作用力的影响。
二、机械法制备粉体用机械力进行粉碎，可以将各种金属矿物、非金属矿物、煤炭等制成粉体，适用于大规模工业生产。
在粉碎过程中，大块物料在机械力作用下发生破坏而开裂，经破碎成为许多小块、小颗粒，进一步经粉磨成为细粉体。
在出现破坏之前，固体受外力作用，先发生可恢复原形的弹性变形，当外力达到弹性极限时，固体县发生永久变形而进入塑性变形阶段；当塑性变形达到极限时，固体开裂，被破坏。
作用在固体上的应力按作用方向可分为压应力和剪应力。
观察固体破坏时的断面的形状可知，固体在压应力的作用下被压裂，或是在剪应力的作用下产生滑移，或是在两者的共同作用下开裂。
粉碎是在外力作用下使大物块料克服内聚力碎裂成若干小颗粒的加工过程，所使用的外力可以是各能量产生的机械力；粉碎是以单个颗粒的破坏为基础的，是大颗粒破坏的总和。
根据所得产物的粒度不同，可将粉碎分为破碎与粉磨；破碎是使大块物料碎裂成小块物料的加工过程，粉磨是使小块物料碎裂成细粉体的加工过程。
粉碎机械：按照主要作用力的类型（压应力、剪应力）和排料粒度，可以将粉碎机械大致分为破碎机械、粉磨机械、超细粉碎机械。
粉碎作用力以压应力为主、排料中以粒径大于3mm颗粒为主的称为破碎机械；粉碎作用力以压应为主、排粒中以粒径小于3mm颗粒为主的称为粉磨机械；排料中以粒径小于10微米颗粒为主的称为超细粉碎机械。
常用的破碎机械有锤式破碎机、鄂式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机等；粉磨机械有雷蒙磨、轮碾机、筒磨机、振动磨、高压锟式机等。
粉体样品的制备方法
粉体样品的制备方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：粉体样品是实验室研究中常见的一种样品形式，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
制备粉体样品的方法有很多种，可以根据实验需求选择合适的制备方法。
本文将介绍几种常见的粉体样品制备方法，希望能为读者提供一些参考。
1. 溶剂沉淀法溶剂沉淀法是一种常用的粉体样品制备方法。
其原理是将沉淀剂与需要沉淀的物质溶解在适当的溶剂中，通过调节溶剂中的温度、pH 值等条件，使得沉淀剂与物质发生反应生成沉淀，进而得到粉体样品。
操作步骤：1）称取适量的沉淀剂和需沉淀的物质，并将它们溶解在适量的溶剂中。
2）通过搅拌等方式充分混合反应液，使其达到均匀溶解的状态。
3）根据实验需要调节溶液的温度、pH值等条件，促使反应发生。
4）随着反应的进行，产生沉淀并逐渐沉积到容器底部，最终形成粉体样品。
5）将得到的粉体样品通过过滤、洗涤等步骤得到纯净的样品。
2. 气相沉积法气相沉积法是一种制备薄膜和纳米颗粒的常用方法，也可以用于制备粉体样品。
其原理是通过在高温环境下将挥发性原料气体输送到反应器中，使其在反应器内发生化学反应，从而生成粉体样品。
操作步骤：1）将挥发性原料气体通过适当的管道输送到高温反应器中。
2）反应器内部的高温环境促使挥发性原料气体发生化学反应。
3）反应结束后，粉体样品在反应器内沉积并生成。
4）将反应器内的粉体样品取出，并通过洗涤、干燥等步骤得到最终的样品。
3. 机械球磨法机械球磨法是一种常用的粉体样品制备方法，其原理是通过高速旋转的球磨机将粉末放在磨杯中进行机械研磨，从而得到所需的粉体样品。
操作步骤：1）将需要制备的粉体样品放入机械球磨机的磨杯中。
2）启动球磨机，调节合适的转速和研磨时间。
3）通过高速旋转的磨球对样品进行机械研磨，使其逐渐变为粉体状态。
4）研磨结束后，取出磨杯中的粉体样品，经过筛选、干燥等步骤得到最终的样品。
以上是几种常见的粉体样品制备方法，每种方法都有其独特的用途和特点。
粉体的合成制备方法
粉体的合成制备方法发展状况如今，粉体的合成制备经过多年的发展，制备合成方法已经变得各种各样按理论也可分为物理和化学方法等纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。
1.物理方法(1)真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。
其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
2)物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。
其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
(3)机械球磨法采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。
其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
2. 化学方法(1)气相沉积法利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。
其特点产品纯度高，粒度分布窄。
(2)沉淀法把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。
其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。
(3)水热合成法高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。
其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。
(4)溶胶凝胶法金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。
其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
(5)微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。
其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。
按照反应物的相可分为三类气相合成法，固相合成法和液相合成法。
一、气相合成法（1）电阻加热法是通过电阻加热来实现气相粉体制备的方法，典型工艺如蒸发冷凝工艺及化学气相沉积工艺。
前者可制备多种金属纳米粉体；后者可制备氧化物粉体，也可制备氮化物和碳化物等非氧化物粉体。
（2）电子束加热法同样有蒸发冷凝和CVD两种工艺，只是以电子束加热。
该法是从制模工艺发展而来，为避免形成薄膜材料，采用流动油面积。
二氧化钒粉体的制备及其应用研究
二氧化钒粉体的制备及其应用研究二氧化钒粉体制备主要有以下几种方法：
1. 化学合成法：通过化学反应合成二氧化钒粉体。
这种方法成本
较低，粉体质量优良，但需要控制反应温度和化学试剂的品质。
2. 水热法：将钒酸化合物和还原剂置于高压水容器中，在高温高
压条件下反应制备出二氧化钒粉体。
这种方法制备出来的粉体分布均匀，颗粒度小，但设备成本较高，制备过程复杂。
3. 溶胶-凝胶法：将二氧化钒溶胶制备好后，在高温下凝胶化并
进行烧结制备出二氧化钒粉体。
这种方法制备出来的粉体表面平整光滑，颗粒度均匀一致，是高纯度、高品质的制备方法之一，但也需要
设备成本较高，对化学试剂的纯度要求较高。
二氧化钒粉体的应用主要有以下几个领域：
1. 电子材料：二氧化钒粉体可作为电子元器件的介质和电极材料，具有良好的电阻率和介电常数。
2. 催化剂：二氧化钒粉体可作为催化剂，常用于催化氧化反应、
脱氧反应等。
3. 光学材料：二氧化钒粉体可作为制备高折射率玻璃和红外窗口
材料的原材料。
4. 陶瓷材料：二氧化钒粉体可作为制备高温陶瓷、氧化铝合金和碳化硅陶瓷的原材料之一。
综上所述，二氧化钒粉体制备方法多种多样，应用领域广泛，具有广泛的市场前景。
粉体制备与合成(精)
粒度分佈曲線包括累積分佈曲線和頻率分佈曲線， 如圖2.2所示。 其中圖(a)為頻率分佈曲線， 圖(b)為累積分佈曲線。
15
16
顆粒粒徑包括眾數直徑(dm) 、 中位徑 (d50或 d1/2)和平均粒徑（d-）。
眾數直徑是指顆粒出現最多的粒度值，即頻率曲 線的最高峰值； d50、d90、d10分別指在累積分布曲線上占顆粒總 量為50％、90％、及10％所對應的粒子直徑，
粉体製備與合成
1
粉體的製備與合成
所謂粉體 （powder），就是大量固體粒子的集合系， 它表示物質的一種存在狀態，既不同於氣體、液體、也 不完全同於固體。因此，有人將粉體看作是氣、液、固 三態之外的第四相。 粉體由一個個固體顆粒組成，它仍有很多固體的屬性， 如物質結構、密度、顏色、幾何尺寸等。
3
粉體的製備方法一般可分為粉碎法和合成法兩種， 粉碎法是由粗顆粒來獲得細粉的方法，通常採用 機械粉碎、氣流粉碎、球磨和高能珠磨。 但是，在粉碎過程中難免混入雜質，另外，無論 哪種粉碎方式，都不易制得粒徑在1μm以下的微 細顆粒。 合成法是由離子、原子或分子通過反應、成核和 生長、收集、後處理來獲得微細顆粒的方法。 這種方法的特點是純度、粒度可控均勻性好、顆 粒微細、並且可以實現顆粒在分子級水準上的複 合、均化。通常合成法包括固相法、液相法和氣 相法。
Δd50指半數直徑，即最高峰的半高寬平均粒徑。
17
粉體的顆粒尺寸及分佈、顆粒形狀等是其最基本 的性質，對陶瓷的成型、燒結有直接的影響。 由於團聚體對物體的性能有極重要的影響，所以 一般情況下團聚體的表徵單獨歸為一類討論。
18
2.l.1· 4粉體顆粒的測試方法及原 理
粉体合成与制备
粉体制备的重要性与应用领域
重要性
粉体制备是材料科学和工程领域的重 要技术之一，对于制备高性能材料、 开发新材料、优化材料性能等方面具 有重要意义。
应用领域
粉体制备技术在陶瓷、金属、塑料、 涂料、电池、催化剂等领域广泛应用， 涉及到能源、环保、电子信息等多个 领域。
粉体制备技术的发展历程
01
传统制备技术
传统制备技术包括机械研磨法、化学沉淀法、气相沉积法等，这些技术
具有操作简单、成本低等优点，但制备的粉体纯度低、粒度分布不均匀。
02 03
现代制备技术
现代制备技术包括化学气相沉积法、物理气相沉积法、溶胶-凝胶法等， 这些技术具有制备的粉体纯度高、粒度分布窄等优点，但设备成本高、 操作复杂。
新型制备技术
THANK YOU
环境湿度
环境湿度对粉体制备过程中水分的蒸发和吸收具有重要影响，进而影响粉体的 粒度和形貌。
制备工艺参数
合成方法
不同的合成方法如化学沉淀法、溶胶-凝胶法、喷 雾热解法等对粉体的合成与制备具有重要影响。
搅拌速度
搅拌速度影响粉体制备过程中的混合程度和反应 速度，进而影响粉体的粒度和形貌。
结晶与老化条件
结晶与老化条件影响粉体的晶体结构和相组成， 进而影响粉体的性能和应用。
物理气相沉积法
通过加热、电弧、激光等手段将气体元素或化合物蒸发并沉积 在基材上，形成粉体。该方法可以制备高纯度、粒度均匀的粉 体，但设备成本较高。
化学法
化学沉淀法
通过向溶液中加入沉淀剂，使溶液中的离子形成不溶性的沉淀物，再经过滤、洗涤、干燥 等步骤获得粉体。该方法可以制备高纯度、粒度较细的粉体，但工艺较为复杂。
04
粉体制备的挑战与解决方案
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2020/9/19
几种等当直径的定义
第二章 粉体的制备与合成
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
体积直径：某种颗粒所具有的体积用同样体积的球 来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大小， 即体积直径。
V球
1 6
d 3
V V球
dv
3
6V
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
斯托克斯径：也称为等沉降速度相当径。斯托克斯 假设：当速度达到极限值时，在无限大范围的粘性 流体中沉降的球体颗粒的阻力，完全由流体的粘滞 力所致。这时可用下式表示沉降速度与球径的关系 （Re≤0.2）：
干或湿
技术和仪器
吸收技术，低角度散射和线叠加
β射线吸收
外表面积渗透 总表面积、气体吸收或压力变化，重力变化，热
导率变化 脂肪酸吸收，同位素，表面活性剂，溶解热 全息照相，超声波衰减，动量传递，热金属丝蒸
发与冷却
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
（1）筛分法（>37 m）
筛网开口 直径
r1
颗粒粒度 d > r1
湖州师范学院
（优选）粉体的制备与合成
陶瓷工艺学
第二章 粉体的制备与合成
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
• 组成粉体的固体颗粒的粒径是粉体最重要的物理性能，对粉 体的比表面积、可压缩性、流动性和工艺性能有重要影响， 同时也决定了粉体的应用范围。
例如：土木水利等行业所用粉体：>1 cm; 食品、冶金、火 药等部门：40 m~1 cm; 纳米材料（纳米陶瓷等）：几到几十 纳米。
微粒沉降仪
湿/重力沉降
移液管，密度差光学沉降仪，β射线返回散射仪， 沉降天平，X射线沉降仪
湿/离心沉降 移液管，X射线沉降仪，光透仪，累积沉降仪
感应区法
湿 湿或干
电阻变化技术 光散射，光衍射，遮光技术
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
续表
方法 X射线法
表面积法
其他方法
条件 干 湿 干 干 湿
4.8 众数直径 (dm)
频率分布曲线
90 80
25
(d50) d90
23
累积分布曲线
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
2.1.1.4 粉体颗粒的测试方法及原理
方法
条件
技术和仪器
显微镜法
干或湿 干 干
光学显微镜 电子和扫描电子显微镜
自动图像与分析仪
筛分法
干或湿
编织筛和微孔筛
湿
自动筛
沉降法
干/重力沉降
Fg Fb Fd 0
Fd 6rv
stk
(s f 18
)g
d2 stk
一般指团聚颗粒的直径
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
2.1.1.3 粉体颗粒的粒度分布
单分散体系：组成颗粒的粒径都相等或近似相等的体系。 多分散体系：由不同粒度颗粒具有不同的粒度体系中。 粒度分布：粉体中各种大小的颗粒占颗粒总数的比例。分 为频率分布和累积分布， 表达形式:粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度 等。
缺点：分析时间长
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
（3）显微镜法 光学显微镜（Optical microscope，OM）：0.25 m； 扫描电镜（Scanning electronic microscope, SEM）：10 nm 透射电镜（ Transmission electronic microscope, TEM ）：3 nm
2020/9/19
第二章 粉体的制备与合成
频率分布――表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量。
累积分布――表示小于或大于某一粒径的粒子占全部颗粒的百分含量。
Q:
累积分布是频率分布的积分形式。
1. 样品中占颗粒总量80%
的颗粒的粒径是多少？
粒度分布曲线：包括累积分布曲线和频率分布曲线。
2. 粒径20 m以上的颗粒 所占百分含量？
软团聚 团聚的原因: 分子间的范德华引力；颗粒间的静电引力；吸附 水分产生的毛细管力；颗粒间的磁引力；颗粒表面不平滑引起 的机械纠缠力。
团聚体（即二次颗粒）易被外力破 碎而重新分散成一次颗粒，对粉 末的烧结性和材料的显微组织不 会造成大的不利影响。
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第二章 粉体的制备与合成
硬团聚 团聚的原因：一次颗粒之间由于干燥、燃烧、烧结化学反 应等以“固体桥”（即化学键）方式连接形成二次颗粒。
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第二章 粉体的制备与合成
扫描电镜（SEM）
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a
滤纸
第二章 粉体的制备与合成
r2 < d < r1 r2
优点：操作便捷 缺点：分辨率低，精确度小
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d < r2
第二章 粉体的制备与合成
（2）沉降法 （重力沉降：>100 nm；离心沉降：≈100 nm）
增值法：固固定定高时度间：：测测量量浓浓度度随随时高间度的的变变化化。。 累积法：测量颗粒从悬浮液中沉降出来的速度。
二次颗粒难以分开成一次颗粒，对烧结致密化极为不利， 也使材料的显微组织不均匀。
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第二章 粉体的制备与合成
2.1.1.2 粉体颗粒的粒度 粒度：颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸。 d
粒度的表示方法：
d
V d
球形颗粒：直径
V
正方体颗粒：边长
不规则颗粒：颗粒的某种意义的相当球或者相
当圆的直径（即等当直径）
第二章 粉体的制备与合成
2.1.1.1 粉体颗粒
一次颗粒（单颗粒，真颗粒）：没 有堆积、絮联等结构的最小单元的 颗粒。 二次颗粒（假颗粒）：在一定程度 上团聚了的颗粒。
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第二章 粉体的制备与合成
团聚：一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一起成为 二次颗粒的现象。可分为软团聚和硬团聚。
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第二章 粉体的制备与合成
Q: 粒度较大的颗 粒，沉降速度过 快，采取何措施
有利于检测？
stk
(s f 18
)g
d
2 stk
重力沉降
stk
(s
f )2r 18
ds2tk
离心沉降
（r: 颗粒到转轴轴心的距离）
优点：操作简单，仪器可连续运行，价格低，准确性高， 可以分析颗粒尺寸范围宽的样品，重复性较好。
•粉体的制备方法一般可分为粉碎法和合成法两种。 x
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第二章 粉体的制备与合成
2.1 粉体的物理性能及其表征 2.1.1 粉体的粒度与粒度分布
2.1.1.1 粉体颗粒 粉体颗粒：组成粉体的颗粒称为粉体颗粒，是指在物质的结 构不发生改变的情况下，分散或细化得到的固态基本颗粒。
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